Nemokamas inžinerinis įrankis
Spyruoklės kritinio bangavimo dažnio skaičiuoklė
Apskaičiuokite spiralinės suspaudimo spyruoklės kritinį bangavimo dažnį – rezonansinį dažnį, kuriuo išilgai vijų susidaro stovinčios bangos, sukeliančios bangavimą.
Rezultatai
Bangavimo dažnis
Spiralinės suspaudimo spyruoklės kritinis bangavimo dažnis (fiksuoti-fiksuoti / laisvi-laisvi galai, pagrindinis režimas):
- d — vielos skersmuo (m)
- D — vidutinis ritės skersmuo (m)
- nₐ — aktyviųjų ričių skaičius
- G — vielos medžiagos šlyties modulis (Pa)
- ρ — vielos medžiagos tankis (kg/m³)
Spyruoklinis standumas
Spyruoklės indeksas ir fiksuota-laisva rezonansinė dažnis
Praktinėms spyruoklių konstrukcijoms spyruoklės indeksas C paprastai turėtų būti nuo 3 iki 15.
Praktinis pavyzdys
Atsižvelgiant į tai, kad: d = 5 mm, D = 30 mm, nₐ = 7, spyruoklinis plienas (G = 79,3 GPa, ρ = 7850 kg/m³)
√(G / 2ρ) = √(79,3 × 10⁹ / (2 × 7850)) = 2247,4
f_bangavimo = 0,005 / (2π × 7 × 0,030²) × 2247,4 = 283,9 Hz (17 032 aps./min.)
k = 79,3 × 10⁹ × 0,005⁴ / (8 × 0,030³ × 7) = 32,8 N/mm
C = D/d = 30/5 = 6.0 (gerai, 3–15 intervale)
f_fixed-free = 283,9 / 2 = 142,0 Hz
⚠️ Praktinė taisyklė: Vožtuvų spyruoklių bangavimo dažnis turėtų būti bent 13 kartų didesnis už darbinį dažnį, o bendroms pramonės reikmėms – 15–20 kartų.
Spyruoklės vijų rezonansas (bangavimas) yra rezonansinis reiškinys, atsirandantis cilindrinėse gniuždomose sraigtinėse spyruoklėse, kai žadinimo dažnis sutampa su spyruoklės savuoju dažniu. Tuomet išilgai vijų susidaro stovinčioji banga, dėl kurios vienos vijos susispaudžia, o kitos išsiplečia.
Tai sukelia vietines įtempių koncentracijas, netolygų apkrovos pasiskirstymą ir gali lemti priešlaikinį nuovarginį purimą, triukšmą bei spyruoklės funkcijos praradimą. Vijų rezonansas ypač pavojingas vidaus degimo variklių vožtuvų spyruoklėse.
Žinoti vijų rezonanso dažnį būtina projektuojant patikimas spyruoklių sistemas. Jei spyruoklė dirba ties vijų rezonanso dažniu arba arti jo, kylantis rezonansas sustiprina vidinius įtempius gerokai virš statinės projektinės apkrovos, sukeldamas nuovargio plyšius, vijų susidūrimus ir neprognozuojamą spyruoklės elgseną.
Inžinieriai turi užtikrinti, kad darbinis dažnis išliktų gerokai žemesnis už rezonanso dažnį — paprastai ne didesnis kaip 1/13–1/15 spyruoklės savojo dažnio.
Keli projektavimo būdai gali padėti išvengti spyruoklės vijų rezonanso:
- Padidinti vielos skersmenį vijų skersmens atžvilgiu, kad padidėtų savasis dažnis
- Sumažinti darbinių vijų skaičių (tiesiogiai padidina rezonanso dažnį)
- Naudoti kintamo žingsnio (progresyvines) spyruokles, neturinčias vieno ryškaus rezonansinio dažnio
- Įrengti vidinius arba išorinius trinties slopintuvus
- Rinktis medžiagas su didesniu šlyties moduliu
- Naudoti dvigubas (vieną kitoje) spyruokles su skirtingais savaisiais dažniais
- Užtikrinti, kad darbinis dažnis būtų gerokai mažesnis nei 1/13 vijų rezonanso dažnio
Plačiausiai taikoma praktinė taisyklė teigia, kad spyruoklės vijų rezonanso dažnis turi būti bent 13 kartų didesnis už darbinį dažnį vožtuvų spyruoklėms ir bent 15–20 kartų — bendrosios pramoninės paskirties spyruoklėms.
Ši saugos atsarga užtikrina, kad jokia darbinio dažnio harmonika negalėtų sužadinti spyruoklės savojo dažnio. Kai kuriose konservatyviose konstrukcijose, ypač saugai svarbiose srityse, reikalaujama 20:1 ar didesnio santykio.
Darbinių vijų skaičius yra atvirkščiai proporcingas vijų rezonanso dažniui — padvigubinus darbinių vijų skaičių, rezonanso dažnis sumažėja perpus.
Taip yra todėl, kad didesnis vijų skaičius padidina spyruoklės efektyviąją masę ir ilgį, kartu sumažindamas jos standumą. Didelio greičio mechanizmuose projektuotojai stengiasi kuo labiau sumažinti darbinių vijų skaičių. Tačiau mažiau vijų taip pat reiškia didesnį įtempį vienai vijai, todėl būtina rasti pusiausvyrą.
Šiame puslapyje aprašytas procedūras sukūrė ir lauko sąlygomis išbandė Vibromera komanda, naudodama Balanset-1A – nešiojamą dviejų kanalų balansavimo įrenginį ir vibracijų analizatorių rotoriams balansuoti vietoje.
Profesionalūs nešiojami balansavimo įrenginiai, vibracijos analizatoriai ir būklės stebėjimo sistemos, naudojamos daugiau nei 50 šalių. Spyruoklių rezonanso diagnostika ir besisukančių mechanizmų balansavimas vietoje.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko yra vibracijos analizės inžinierius bei „Vibromera“ įkūrėjas ir generalinis direktorius. Daugiau nei 15 metų jis balansavo besisukančią įrangą lauko sąlygomis, o ne bandymų stende: mulčiuotuvus, pramoninius ventiliatorius, smulkintuvus, centrifugas, velenus ir špindelius. Būtent iš šio darbo išaugo „Balanset“ prietaisai — jie buvo sukurti kaip įrankis, kurį specialistas gali atsinešti prie mašinos ir naudoti savarankiškai, vietoje, o ne kaip laboratorinę įrangą. „Vibromera“ įkurta 2017 metais, nuo 2023 metų įsikūrusi Porto mieste, Portugalijoje. Čia vyksta visas „Balanset“ linijos kūrimas, surinkimas ir palaikymas. Pagrindinis prietaisas — „Balanset-1A“, nešiojamas analizatorius vienos ir dviejų plokštumų balansavimui bei vibracijos diagnostikai. Nikolai asmeniškai dalyvauja klientų aptarnavime, sudėtingų balansavimo atvejų sprendime ir programinės įrangos kūrime. Jis dirba su klientais visame pasaulyje, bet kuria kalba.
